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PUF 기술을 활용한 보안 칩 기술 개발과 그 응용 분야 원문보기

電子工學會誌 = The journal of Korea Institute of Electronics Engineers, v.43 no.7 = no.386, 2016년, pp.59 - 67  

백종학 (ICTK) ,  신광조 (ICTK)

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 글에서는 하드웨어 기반의 보안 기술 중 향후 핵심이 될 수 있는 PUF 기술과 그 기술을 활용한 chip 개발 방법 및 개발된 chip을 이용한 application에 대해 소개 하면서 향후 안전한 IoT 환경을 구축 할 수 있는 한 예를 소개하였다. 현재 무인 자동차 시장으로 주목 받고 있는 Automobile 시장에서도 PUF의 사용을 업계 표준으로 정하고 진행 하고 있는 만큼 PUF를 활용한 보안칩 기술 개발과 그 응용분야는 우리나라 System LSI 반도체 시장에 새로운 먹거리로 자리 매김 할 수 있을 것이라 기대 한다.
  • 이러한 요구사항을 해결하기 위해 연구되고 있는 기술 중 하나가 “물리적 복제 방지 기능”이라 불리는 PUF (Physical Unclonable Function)기술이다. 본 기고문에서는 하드웨어 또는 반도체의 고유 지문이라 표현되고 있는 PUF가 무엇인지 살펴보고 이를 적용한 chip 개발 내용을 설명하며 마지막으로 개발된 chip을 활용하여 정품 인증 및 firmware protection등 실제 field application 에 적용 되는 예를 살펴보는 것으로 글을 마무리 하고자 한다.
  • 이러한 PUF에 대해서 이제 알아보고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
PUF란? PUF란 반도체 제조 공정에서 발생하는 공정편차를 이용하여 chip 내부에 구현된 예측하기 어려운 랜덤한 디지털 값을 생성하는 시스템을 의미한다. 하드웨어적으로 예측 불가능한 값이 출력되므로 복제가 불가능하다.
PUF의 성능을 평가하는 대표적인 지표에는 무엇이 있는가? PUF의 성능을 평가하는 지표에는 대표적으로 랜덤성(randomness)과 신뢰성(Reliability)이 있다. 두 특성 모두 PUF 기술를 평가하는 중요한 항목이 된다.
PUF의 성능을 평가하는 지표에 신뢰성이 있는 이유는 무엇인가? 신뢰성이란, 제작된 chip에서 PUF값이 얼마나 동일한 출력 값을 유지하는지를 나타내는 지표를 말한다. 작은 공정 편차를 이용하는 PUF는 시간이 지나거나 외부 노이즈 및 온도와 같은 주변 환경 특성에 따라 값이 쉽게 변할 수 있기 때문이다. 신뢰성은 보안 key로 사용되는 분야에서 매우 중요한 평가 지표가 된다.
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참고문헌 (12)

  1. J. Guajardo, S. S. Kumar, G.-J. Schrijen, and P. Tuyls, "FPGA intrinsic PUFs and their use for IP protection," in Cryptographic Hardware and Embedded Systems-CHES 2007, 2007. 

  2. B. Karpinskyy, Y. Lee, Y. Choi, Y. Kim, M. Noh, and S. Lee, "Physically unclonable function for secure key generation with a key error rate of 2E-38 in 45nm smart-card chips," in 2016 IEEE International Solid-State Circuits Conference - (ISSCC) Digest of Technical Papers, 2016, pp. 158-160. 

  3. Y. Su, J. Holleman, and B. P. Otis, "A Digital 1.6 pJ/bit Chip Identification Circuit Using Process Variations," IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 43, no. 1, pp. 69-77, Jan. 2008. 

  4. K. Yang, Q. Dong, D. Blaauw, and D. Sylvester, "A physically unclonable function with BER <10-8 for robust chip authentication using oscillator collapse in 40nm CMOS," in 2015 IEEE International Solid-State Circuits Conference - (ISSCC) Digest of Technical Papers, 2015, pp. 1-3. 

  5. S. K. Mathew, S. K. Satpathy, M. A. Anders, H. Kaul, S. K. Hsu, A. Agarwal, G. K. Chen, R. J. Parker, R. K. Krishnamurthy, and V. De, "A 0.19pJ/b PVT-variation-tolerant hybrid physically unclonable function circuit for 100% stable secure key generation in 22nm CMOS," in 2014 IEEE International Solid-State Circuits Conference - (ISSCC) Digest of Technical Papers, 2014, pp. 278-279. 

  6. D. Jeon, J. H. Baek, D. K. Kim, and B.-D. Choi, "Towards Zero Bit-Error-Rate Physical Unclonable Function: Mismatch-Based vs. Physical-Based Approaches in Standard CMOS Technology," in Digital System Design (DSD), 2015 Euromicro Conference on, 2015, pp. 407-414. 

  7. Daihyun Lim, J. W. Lee, B. Gassend, G. E. Suh, M. van Dijk, and S. Devadas, "Extracting secret keys from integrated circuits," IEEE Trans. Very Large Scale Integr. VLSI Syst., vol. 13, no. 10, pp. 1200-1205, Oct. 2005. 

  8. T. W. Kim, B. D. Choi, and D. K. Kim, "Zero bit error rate ID generation circuit using via formation probability in 0.18 ${\mu}m$ CMOS process," Electron. Lett., vol. 50, no. 12, pp. 876-877, 2014. 

  9. Ulrich Ruhrmair, Frank Sehnke, Jan Solter "Modeling Attacks on Physical Unclonable Functions" 

  10. Christoph Bohm, Maximilian Hofer "Physical Unclonable Functions in Theory and Practice" 

  11. Jun-cao Li, Chun-ming Li "Research on a Novel Hashing Stream Cipher" 

  12. http://wikipedia.org/wiki/Copy_protection 

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